CN110001604B - 一种纯电动汽车换电双作用末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车换电双作用末端执行器，包括保护机构、滚筒组、滑块导轨机构、水平解锁机构、托架和竖直解锁机构；滚筒组均匀安装在托架上，与托架构成转动副；保护机构安装于托架的两侧和一端，能够相对于托架升降，用于对从汽车电池仓内卸载下来的电池进行限位；竖直解锁机构安装于托架上，与固定电池的锁紧件的数量和位置匹配，用于底盘式换电的电池卸载和安装；滑块导轨机构安装于托架上；水平解锁机构安装于滑块导轨机构上，能够沿滑块导轨机构移动，用于与电池锁紧装置配合，通过锁紧与解锁实现电池的移动以及侧箱式换电的电池卸载和安装。本执行器同时实现了底盘式和侧箱式换电，解决各种换电设备难以互通的问题。

Description

一种纯电动汽车换电双作用末端执行器

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，具体是一种纯电动汽车换电双作用末端执行器。

背景技术

近年来，新能源汽车发展迅速，电动汽车成为当今新能源汽车发展的主要趋势。电作为驱动能源，减少了噪声，杜绝了有害气体的排放。电动汽车普及的主要限制在于电动汽车的续航能力以及如何快速为车辆补充能源。换电将成为短期内，解决电动汽车续航问题的有效途径。但是，从现有的换电技术、换电站的部署、换电车型的发行等情况来看，通过换电解决电动汽车续航问题还有很长的路要走。目前，各种车型的电力系统以及电池的规格难以统一，导致在换电站部署时造成了大量的人力、物力的浪费，并且难以达到燃油汽车补充能源的便捷度。

目前，主流的换电模式为底盘式换电和侧箱式换电。底盘式换电技术是针对电池安装于汽车底部的情况。安装电池时，打开汽车电池仓底盖，将固定有电池解锁装置的电池推入汽车电池仓后，转动锁紧件将电池固定在汽车底部。换电时，利用升降换电机器人实现电池的更换。侧箱式换电技术是针对电池安装于车厢两侧的情况。安装电池时，打开汽车电池仓侧盖，将电池推入汽车电池仓后，转动与电池固定连接的电池锁紧装置，实现电池与车体的连接。换电时，利用多自由度机器人手臂辅助完成换电。但是底盘式换电和侧箱式换电的换电模式的专一性很强，难以实现通用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种纯电动汽车换电双作用末端执行器。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种纯电动汽车换电双作用末端执行器，其特征在于该执行器包括保护机构、滚筒组、滑块导轨机构、水平解锁机构、托架和竖直解锁机构；

所述滚筒组均匀安装在托架上，与托架构成转动副；所述保护机构安装于托架的两侧和一端，能够相对于托架升降，用于对从汽车电池仓内卸载下来的电池进行限位，防止电池掉落；竖直解锁机构安装于托架上，与固定电池的锁紧件的数量和位置匹配，用于底盘式换电的电池卸载和安装；所述滑块导轨机构安装于托架上；所述水平解锁机构安装于滑块导轨机构上，能够沿滑块导轨机构移动，用于与电池锁紧装置配合，通过锁紧与解锁实现电池的移动以及侧箱式换电的电池卸载和安装。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本执行器突破了现有的专车专用的换电模式，同一台配有本执行器的换电站可以完成位于汽车侧面和底部不同位置的换电操作，从而达到完成不同厂家、不同车型的纯电动汽车换电操作的目的，解决各种换电车型的换电设备难以互通的问题，减少了新能源汽车企业换电站的布局密度，减少企业的前期投入，节约大量的资源。

(2)本执行器将侧箱式电池与底盘式电池的换电结构进行结合，采用新的换电机构，既可以实现底盘式换电，又可以实现侧箱式换电，可以完成多种车型的换电作业。

(3)保护机构与电池的接触面采用弧形挡板，避免了机构升起时与电池发生阻碍关系，并且还可以起到电池位置辅助矫正的作用，保证了电池与执行器相对位置的精度。同时采用机械定位的方式，省去了计算机定位的复杂系统以及电子元件，简化了执行器的整体结构，同时降低了制造成本，增加经济效益。

(4)本执行器提供了不同型号车辆的换电服务，减少了换电站的占地，有效节约了土地资源。

附图说明

图1为本发明一种实施例的整体结构示意图；

图2为本发明一种实施例的保护机构安装示意图；

图3为本发明一种实施例的滑块导轨机构和水平解锁机构连接示意图；

图4为本发明图3的局部放大示意图；

图5为本发明一种实施例滑块导轨机构和水平解锁机构的局部连接示意图；

图6为本发明一种实施例的竖直解锁机构示意图；

图7为本发明一种实施例的竖直解锁机构的断面示意图；

图8为本发明一种实施例的水平解锁头结构示意图；

图9为现有技术中电池锁紧装置示意图。

图中：1、保护机构；2、滚筒组；3、滑块导轨机构；4、水平解锁机构；5、托架；6、竖直解锁机构；101、侧向升降保护机构；102、弧形挡板；103、前向升降保护机构；104、电动推杆；105、柔性胶垫；301、导轨；302、滑块；303、传动轴齿轮；304、电动机输出齿轮；305、传动轴；306、滑块轮；307、辅助轮；308、滑块电动机；401、水平解锁头；402、水平解锁箱；403、水平解锁电动机；601、竖直解锁头；602、竖直解锁电动机；603、竖直解锁箱；604、弹簧。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种纯电动汽车换电双作用末端执行器(简称执行器，参见图1-8)，其特征在于该执行器包括保护机构1、滚筒组2、滑块导轨机构3、水平解锁机构4、托架5和竖直解锁机构6；

所述滚筒组2均匀安装在托架5上，用于电池的传送，与托架5构成转动副，通过轴与滚动轴承配合实现滚筒组2相对于托架5的转动(具体是滚筒组2的每个滚筒内部固定有轴，轴的两端通过滚动轴承与托架5连接，滚动轴承的内圈与轴固定，外圈与托架5固定)；所述保护机构1安装于托架5的两侧和一端，能够相对于托架5升降，用于对从汽车电池仓内卸载下来的电池进行限位，防止电池在拆卸、安装以及转移过程发生侧滑掉落；竖直解锁机构6安装于托架5上，与固定电池的锁紧件的数量和位置匹配，用于底盘式换电的电池卸载和安装，与固定电池于车体底部的锁紧件配合，解锁锁紧件，从汽车电池仓内卸载电池；所述滑块导轨机构3安装于托架5上；所述水平解锁机构4安装于滑块导轨机构3上，能够沿滑块导轨机构3移动，用于与电池锁紧装置配合，通过锁紧与解锁实现电池的移动以及侧箱式换电的电池卸载和安装。

所述保护机构1包括两个侧向升降保护机构101、一个前向升降保护机构103和三个电动推杆104；两个侧向升降保护机构101的侧板对称安装于托架5的两侧，与托架5构成移动副，通过轨道实现侧向升降保护机构101相对于托架5的竖直升降；前向升降保护机构103的侧板安装于托架5的一端，与托架5构成移动副，通过轨道实现前向升降保护机构103相对于托架5的竖直升降；三个电动推杆104的底端固定在托架5上，推杆端分别与两个侧向升降保护机构101和一个前向升降保护机构103的顶板固定连接；侧向升降保护机构101的顶板上固定有弧形挡板102，用于对电池的位置进行矫正；柔性胶垫105固定在弧形挡板102与电池接触的一侧面上以及前向升降保护机构103的顶板与电池接触的末端上，用于避免电池与保护机构1的刚性冲击，保护电池。

所述滑块导轨机构3包括导轨301、滑块302、传动轴齿轮303、电动机输出齿轮304、传动轴305、滑块轮306、辅助轮307和滑块电动机308；所述导轨301固定在托架5上，呈L形状，分为竖直轨道和水平轨道，水平轨道所在平面低于滚筒组2所在的平面；滑块302的底部安装有辅助轮307，辅助轮307与导轨301接触，用于支撑滑块302，实现滑块302在导轨301上的运动；辅助轮307能通过轴相对滑块302转动，两者构成转动副；所述水平解锁机构4的水平解锁箱402固定于滑块302上；滑块电动机308固定于水平解锁箱402内部，其输出端伸出水平解锁箱402且固定有电动机输出齿轮304；所述传动轴305通过滚动轴承安装于滑块302上，传动轴305与滑块302构成转动副；传动轴305的中部固定有传动轴齿轮303，传动轴齿轮303与电动机输出齿轮304啮合；传动轴305的两端固定有滑块轮306，滑块轮306与导轨301配合，实现滑块302沿导轨301的运动；四个辅助轮307对称分布，与两个滑块轮306组合使滑块302成为六轮式结构，在运动的过程中保持很好的稳定性。

所述水平解锁机构4包括水平解锁头401、水平解锁箱402和水平解锁电动机403；所述水平解锁箱402固定于滑块302上；水平解锁电动机403固定于水平解锁箱402内部，其输出端伸出水平解锁箱402且固定有水平解锁头401。水平解锁头401与电池锁紧装置配合，实现锁紧与解锁。

所述竖直解锁机构6包括竖直解锁头601、竖直解锁电动机602和竖直解锁箱603；所述竖直解锁箱603固定在托架5上；竖直解锁电动机602竖直固定于竖直解锁箱603内部，其输出端伸出竖直解锁箱603且安装有竖直解锁头601；竖直解锁头601与锁紧件配合，实现带动锁紧件旋转。竖直解锁头601安装在竖直解锁电动机602输出端的具体安装方式是竖直解锁电动机602的输出端采用方轴，与竖直解锁头601的方形孔配合，实现竖直解锁电动机602带动竖直解锁头601转动；

优选地，竖直解锁机构6还包括弹簧604；弹簧604嵌套于竖直解锁电动机602的输出端的外部，一端与竖直解锁箱603固定连接，另一端与竖直解锁头601接触，为竖直解锁头601提供上下浮动空间，竖直解锁头601在转动的过程中，可以随锁紧件升降。

锁紧件可采用锁紧螺母。

本发明的工作原理和工作流程是：

(1)针对电池安装于汽车底部的情况：

执行器通过外部升降移动装置整体下降，再通过外部升降移动装置整体移动至汽车底部的对应位置，再通过外部升降移动装置整体上升，使得竖直解锁头601与固定电池于车体底部的锁紧件配合。竖直解锁电动机602带动竖直解锁头601转动，锁紧件从车体上旋下并存放在竖直解锁头601内，此时滚筒组2支撑电池。通过外部升降移动装置实现执行器整体缓慢下降，侧向升降保护机构101和前向升降保护机构103在电动推杆104的推动下，缓慢升起对电池进行限位，防止电池发生侧滑掉落，并由弧形挡板102对电池的位置进行矫正。

执行器继续下降，电池完全脱离汽车电池仓。滑块电动机308转动，通过电动机输出轴齿轮304、传动轴齿轮303和传动轴305转换为滑块轮306的转动，驱动滑块302从导轨301的侧面移动到水平面。水平解锁电动机403带动水平解锁头401转动，配合滑块302的移动，实现与电池解锁装置的锁紧。

外部升降移动装置将执行器整体移动到充电柜前方，前向升降保护机构103下降至滚筒组2所在平面下方。在滑块电动机308的带动下，滑块302沿导轨301的水平面向前移动(图3中箭头所指方向为前)，将电池推入充电柜的充电位中。水平解锁电动机403带动水平解锁头401转动，配合滑块302的移动，实现与电池解锁装置的解锁。

电池蓄满电后，水平解锁电动机403带动水平解锁头401转动，配合滑块302的移动锁紧电池解锁装置。在滑块电动机308的带动下，滑块302沿导轨301的水平面向后移动，将电池拖到滚筒组2上，前向升降保护机构103升起。外部升降移动装置将执行器转移至车辆电池的安装位置的正下方。执行器缓慢上升，在滑块电动机308的带动下，滑块302从导轨301的水平面移动到侧面。侧向升降保护机构101和前向升降保护机构103同步下降，电池进入汽车电池仓。竖直解锁机构6启动，通过竖直解锁电动机602带竖直解锁头601转动，将锁紧件部分旋进车体底部。弹簧604受到竖直解锁头601和车体接触产生的压力，在锁紧过程中，弹簧弹力推动竖直解锁头601上升，竖直解锁头601与锁紧件配合，实现锁紧件的旋紧。通过锁紧件与穿过电池的螺栓的紧密连接，固定电池于汽车电池仓内部，完成底盘式换电。

外部升降移动装置为能够实现升降和移动功能的装置，例如手动液压搬运车、多自由度重载机器人等。

(2)针对电池安装于车厢两侧的情况：

执行器通过外部升降移动装置移动到汽车侧面的对应位置，侧向升降保护机构101升起。在滑块电动机308的带动下，滑块302移动到导轨301水平面的前端。水平解锁电动机403带动水平解锁头401转动，配合滑块302的移动，实现与电池解锁装置的锁紧。在滑块电动机308的带动下，驱动滑块302沿导轨301的水平面向后移动，将电池从汽车电池仓中拉出到滚筒组2上，前向升降保护机构103升起。

外部升降移动装置将执行器整体移动到充电柜前方，前向升降保护机构103下降至滚筒组2所在平面下方。滑块302沿导轨301的水平面向前移动，将电池推入充电柜的充电位中。水平解锁电动机403带动水平解锁头401转动，配合滑块302的移动，实现与电池解锁装置的解锁。

电池蓄满电后，水平解锁电动机403带动水平解锁头401转动，配合滑块302的移动锁紧电池解锁装置。在滑块电动机308的带动下，滑块302沿导轨301的水平面向后移动，将电池拖到滚筒组2上，前向升降保护机构103升起。

执行器通过外部升降移动装置移动到汽车侧面的对应位置，前向升降保护机构103下降。在滑块电动机308的带动下，驱动滑块302沿导轨301的水平面向前移动，推动电池进入汽车电池仓中。水平解锁电动机403带动水平解锁头401转动，配合滑块302的移动，实现水平解锁头401与电池解锁装置的解锁的同时实现车辆与电池解锁装置的锁紧。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种纯电动汽车换电双作用末端执行器，其特征在于该执行器包括保护机构、滚筒组、滑块导轨机构、水平解锁机构、托架和竖直解锁机构；

所述滚筒组均匀安装在托架上，与托架构成转动副；所述保护机构安装于托架的两侧和一端，能够相对于托架升降，用于对从汽车电池仓内卸载下来的电池进行限位，防止电池掉落；竖直解锁机构安装于托架上，与固定电池的锁紧件的数量和位置匹配，用于底盘式换电的电池卸载和安装；所述滑块导轨机构安装于托架上；所述水平解锁机构安装于滑块导轨机构上，能够沿滑块导轨机构移动，用于与电池锁紧装置配合，通过锁紧与解锁实现电池的移动以及侧箱式换电的电池卸载和安装；

所述保护机构包括两个侧向升降保护机构、一个前向升降保护机构和三个电动推杆；两个侧向升降保护机构的侧板对称安装于托架的两侧，与托架构成移动副，实现侧向升降保护机构相对于托架的竖直升降；前向升降保护机构的侧板安装于托架的一端，与托架构成移动副，实现前向升降保护机构相对于托架的竖直升降；三个电动推杆的底端固定在托架上，推杆端分别与两个侧向升降保护机构和一个前向升降保护机构的顶板固定连接；侧向升降保护机构的顶板上固定有弧形挡板，用于对电池的位置进行矫正；柔性胶垫固定在弧形挡板与电池接触的一侧面上以及前向升降保护机构的顶板与电池接触的末端上；

所述滑块导轨机构包括导轨、滑块、传动轴齿轮、电动机输出齿轮、传动轴、滑块轮、辅助轮和滑块电动机；所述导轨固定在托架上，分为竖直轨道和水平轨道，水平轨道所在平面低于滚筒组所在的平面；滑块的底部安装有辅助轮，辅助轮与导轨接触，辅助轮与滑块构成转动副；所述水平解锁机构的水平解锁箱固定于滑块上；滑块电动机固定于水平解锁箱内部，其输出端伸出水平解锁箱且固定有电动机输出齿轮；所述传动轴安装于滑块上，传动轴与滑块构成转动副；传动轴固定有传动轴齿轮，传动轴齿轮与电动机输出齿轮啮合；传动轴的两端固定有滑块轮，滑块轮与导轨配合，实现滑块沿导轨的运动。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车换电双作用末端执行器，其特征在于四个辅助轮对称分布，与两个滑块轮组合使滑块成为六轮式结构，在运动的过程中保持稳定性。

3.根据权利要求1所述的纯电动汽车换电双作用末端执行器，其特征在于所述水平解锁机构包括水平解锁头、水平解锁箱和水平解锁电动机；所述水平解锁箱固定于滑块上；水平解锁电动机固定于水平解锁箱内部，其输出端伸出水平解锁箱且固定有水平解锁头；水平解锁头与电池锁紧装置配合。

4.根据权利要求1所述的纯电动汽车换电双作用末端执行器，其特征在于所述竖直解锁机构包括竖直解锁头、竖直解锁电动机和竖直解锁箱；所述竖直解锁箱固定在托架上；竖直解锁电动机竖直固定于竖直解锁箱内部，其输出端伸出竖直解锁箱且安装有竖直解锁头；竖直解锁头与锁紧件配合；竖直解锁头安装在竖直解锁电动机输出端的具体安装方式是竖直解锁电动机的输出端采用方轴，与竖直解锁头的方形孔配合。

5.根据权利要求1所述的纯电动汽车换电双作用末端执行器，其特征在于竖直解锁机构还包括弹簧；弹簧嵌套于竖直解锁电动机的输出端的外部，一端与竖直解锁箱固定连接，另一端与竖直解锁头接触。